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原文传递一种基于空间光调制器的原子自旋多通道检测方法及装置

专利名称：	一种基于空间光调制器的原子自旋多通道检测方法及装置
摘要：	一种基于空间光调制器的原子自旋多通道检测方法及装置，通过在原子传感模块与第二格兰泰勒棱镜之间设置空间光调制器实现，所述空间光调制器将来自所述原子传感模块携带的旋光角信息进行多通道调制，以得到多通道原子自旋进动信号的检测结果，对于研制新型超高灵敏惯性和磁场测量装置的小型化和集成化提供了新的思路，可服务于地质勘探、生物医疗成像、基础物理研究。
专利类型：	发明专利
申请人：	北京航空航天大学
发明人：	房建成;房秀杰;翟跃阳;魏凯;赵天;马丹跃;邢博铮;肖志松
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T03:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN202010005303.8
公开号：	CN111077151A
代理机构：	北京海虹嘉诚知识产权代理有限公司
代理人：	吴小灿;张涛
分类号：	G01N21/84;G01N21/01;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/84;G01N21/01
申请人地址：	100191 北京市海淀区学院路37号
主权项：	1.一种基于空间光调制器的原子自旋多通道检测方法，其特征在于，包括以下步骤：在原子传感模块与第二格兰泰勒棱镜之间设置空间光调制器，所述空间光调制器将来自所述原子传感模块携带的旋光角信息进行多通道调制，以得到多通道原子自旋进动信号的检测结果。 2.根据权利要求1所述的基于空间光调制器的原子自旋多通道检测方法，其特征在于，所述空间光调制器由计算机生成的灰度图像驱动液晶扭转，根据应用需求将调制器镜面划分为不同尺寸以进行多通道调制，每个通道图片灰度根据需要加载将信号调制至不同调制频率或频段。 3.根据权利要求2所述的基于空间光调制器的原子自旋多通道检测方法，其特征在于，所述计算机生成的灰度图像为8位灰度图，所述8位灰度图具有0至255级灰度。 4.根据权利要求2所述的基于空间光调制器的原子自旋多通道检测方法，其特征在于，所述计算机连接多通道锁相放大器，所述计算机将所述不同调制频率设定为所述多通道锁相放大器的多通道参考频率，所述多通道锁相放大器根据所述多通道参考频率对信号进行解调，以实现原子自旋进动多通道无延时检测，并且通过信号采集处理电路处理后同时得到不同空间位置的多通道信号测量结果。 5.一种基于空间光调制器的原子自旋多通道检测装置，其特征在于，包括设置在原子传感模块与第二格兰泰勒棱镜之间的空间光调制器，所述第二格兰泰勒棱镜依次通过第三凸透镜、第四凸透镜和光电探测器连接多通道锁相放大器，所述空间光调制器和所述多通道锁相放大器均分别连接计算机，所述多通道锁相放大器连接信号采集处理电路，所述空间光调制器将来自所述原子传感模块携带的旋光角信息进行多通道调制，所述空间光调制器由计算机生成的8位灰度图像驱动液晶扭转，根据应用需求将调制器镜面划分为不同尺寸以进行多通道调制，每个通道图片灰度根据需要加载将信号调制至不同调制频率或频段，所述计算机将所述不同调制频率设定为所述多通道锁相放大器的多通道参考频率，所述多通道锁相放大器根据所述多通道参考频率对信号进行解调，以实现原子自旋进动多通道无延时检测，并且通过信号采集处理电路处理后同时得到不同空间位置的多通道信号测量结果。 6.根据权利要求1所述的基于空间光调制器的原子自旋多通道检测装置，其特征在于，所述原子传感模块依次通过第一格兰泰勒棱镜、第二凸透镜、第一凸透镜、偏振分光棱镜和1/2波片连接检测激光器。 7.根据权利要求6所述的基于空间光调制器的原子自旋多通道检测装置，其特征在于，所述偏振分光棱镜连接波长计，所述偏振分光棱镜将来自所述检测激光器的激光光束分成两路，其中一路进入所述波长计，另一路进入所述第一凸透镜。 8.根据权利要求7所述的基于空间光调制器的原子自旋多通道检测装置，其特征在于，所述原子传感模块包括位于磁屏蔽系统内的碱金属气室，所述碱金属气室连接有光抽运系统。 9.根据权利要求8所述的基于空间光调制器的原子自旋多通道检测装置，其特征在于，所述光抽运系统将所述碱金属气室内的原子极化，所述磁屏蔽系统经过主动和/或被动磁补偿方式使原子处于无自旋交换弛豫状态，在外部的磁场和角速率的作用下，极化的原子进行拉莫尔进动，因此在检测光方向极化率分布发生变化，所述检测激光器发出失谐共振峰激光，经过所述1/2波片进入所述偏振分光棱镜形成反射光和透射光，所述反射光进入所述波长计以监控检测光束波长变化，所述透射光依次经过第一凸透镜和第二凸透镜完成扩束后的扩束光束通过第一格兰泰勒棱镜后形成为偏振方向与所述空间光调制器长轴方向一致的线偏振光，所述线偏振光经过原子传感模块中的原子作用后，入射线偏振光的光轴改变产生旋光角，所述原子传感模块输出携带旋光角信息的光束给所述空间光调制器。 10.根据权利要求8所述的基于空间光调制器的原子自旋多通道检测装置，其特征在于，所述多通道锁相放大器带有前置放大器；所述碱金属气室内部充制有碱金属原子、缓冲气体氦气和淬灭氮气，所述碱金属原子包括钾、铷和铯，气室内部大于等于3个大气压以减少碱金属扩散效应；所述光抽运系统中的抽运激光器发出的激光波长为碱金属原子D1线以使原子极化，所述检测激光器发射激光波长在碱金属原子D2线附近失谐；所述第一格兰泰勒棱镜为起偏器，所述第二格兰泰勒棱镜为检偏器，所述第一格兰泰勒棱镜和所述第二格兰泰勒棱镜处于互相消光位置以提高信号检测灵敏度，消光比达到10000：1；所述空间光调制器采用相列液晶组成，将液晶材料的光电性能特性与硅基数字电路相结合，其工作波长为405nm至1550nm，每个波长对应其内部校准文件，使得8位0至255级灰度输入所述空间光调制器能得到0至2π的相位调制量，分辨率为19201080，有效镜面阵列尺寸为17.610.7mm，像素点尺寸为9.2μm，最大帧频为845Hz。
所属类别：	发明专利